A circa 510 chilometri di quota orbitano due chip quantistici fotonici italiani. Il preprint pubblicato su arXiv firmato dal team dell'Università di Vienna racconta il primo funzionamento in orbita di un processore del genere, ma la fabbrica di quei circuiti ottici è a Milano, nei laboratori del CNR-Ifn. Entrambi i dispositivi che oggi lavorano in orbita bassa sono usciti dalle camere pulite dello stesso istituto italiano, non da Vienna né da Monaco.
Due missioni distinte, lo stesso laboratorio
I satelliti sono partiti insieme il 23 giugno 2025 da Vandenberg, in California, a bordo di un Falcon 9. Le missioni che li ospitano sono però due, con obiettivi distinti.
La prima, coordinata dall'Università di Vienna, monta un processore fotonico programmabile a sei modi: deve dimostrare che un chip del genere può eseguire operazioni di calcolo in autonomia, senza controllo da terra. È il risultato uscito a fine settembre 2026 e rilanciato dai media internazionali.
La seconda missione si chiama Quick3 ed è coordinata dalla Technische Universität München con il German Aerospace Center. L'obiettivo qui è diverso: usare un processore fotonico integrato per test di meccanica quantistica fondamentale in condizioni di microgravità, per esplorare il confine fra fisica quantistica e gravità.
Due satelliti, due team di coordinamento, due filoni scientifici. I circuiti ottici sono stati però entrambi disegnati e fabbricati nei laboratori milanesi del CNR-Ifn: la nota stampa ufficiale del CNR parla esplicitamente di «due processori quantistici fotonici italiani in orbita» all'interno di una collaborazione internazionale che include anche partner europei minori.
Il gruppo di Roberto Osellame al CNR-Ifn
Chi ha costruito materialmente i due chip è il gruppo di ricerca di Roberto Osellame, riferimento internazionale per la fotonica integrata applicata alla meccanica quantistica. Il coordinamento scientifico delle due missioni è affidato a due ricercatori più giovani dello stesso istituto, Francesco Ceccarelli e Giacomo Corrielli.
Il contributo italiano non è una partecipazione marginale. I percorsi ottici sono incisi su piccoli chip di vetro con una tecnica di scrittura con laser a femtosecondi che permette di definire guide di luce tridimensionali con precisione micrometrica. Portare questa tecnologia nello spazio significa rispondere a vincoli che in laboratorio non esistono: resistenza alle vibrazioni del lancio (circa 1.500 volte l'accelerazione di gravità alla frequenza di risonanza), tenuta termica, immunità alle radiazioni ionizzanti, consumi contenuti nei pochi watt disponibili su un nanosatellite.
Il percorso che porta un laboratorio dalla pubblicazione di un principio fisico a un prototipo che funziona in orbita richiede tempo. Un parallelo recente dalla ricerca italiana: dieci anni dall'articolo scientifico al primo paziente trattato con editing epigenetico. Per i chip fotonici di Milano la finestra fra pubblicazione del principio e qualifica spaziale è stata simile, con il risultato di due missioni partite lo stesso giorno dalla stessa rampa.
Rivelatori a metà, trenta minuti per orbita, laser degradato
La missione dell'Università di Vienna ha prodotto il primo risultato concreto, descritto nel preprint arXiv. Non è stato un test pulito. Dei sei rivelatori a singolo fotone montati a bordo, solo tre sono risultati utilizzabili dopo il lancio. La luce solare non filtrata ha generato un fondo talmente intenso da coprire le misure più delicate: le operazioni quantistiche hanno dovuto concentrarsi nei circa 30 minuti per orbita in cui il satellite passa nell'ombra della Terra, su una rivoluzione completa di circa 92 minuti.
Dopo 52 giorni di esposizione, i protoni intrappolati nelle fasce di Van Allen hanno iniziato a degradare i rivelatori sopravvissuti, generando false rilevazioni che il team ha compensato in parte regolando la tensione di alimentazione. Un adesivo non adatto al vuoto, scoperto quando il modello di volo era già integrato sul Falcon 9, ha rilasciato molecole che si sono depositate sulle ottiche: la potenza del laser a 405 nanometri è calata nel tempo, come già previsto dai test a terra.
Nonostante tutto, il circuito ha prodotto il dip di Hong-Ou-Mandel con visibilità pari a 0,908, ben sopra il limite classico di 0,5: la prova che due fotoni indistinguibili interferiscono in orbita come lo farebbero sul banco di laboratorio.
Un tassello della strategia quantistica europea
Oggi il sistema non è ancora in grado di elaborare dati satellitari in tempo reale: resta un prototipo da affinare. Il risultato però cambia una cosa concreta per l'Italia: le fonderie dei circuiti quantistici che l'Europa manderà in orbita nei prossimi anni passano da Milano, non solo da Vienna o Monaco.
Il contesto conta. L'Unione europea ha appena stanziato fondi per tredici aziende quantistiche, con l'italiana Planckian tra le selezionate: senza una filiera scientifica solida come quella del CNR-Ifn, un programma industriale di quel tipo resta esposto a dipendenze estere. La ricerca di base italiana prova intanto a tenere il dialogo aperto con il pubblico più giovane, come mostrano esperienze di divulgazione scientifica rivolte agli studenti in altri settori. I prossimi passi del gruppo di Osellame li descrive il paper stesso: chiudere il ciclo fra sensore e processore, codificando i dati di osservazione terrestre direttamente nel circuito ottico.
Domande frequenti
Qual è il contributo italiano alle missioni dei processori fotonici in orbita?
Entrambi i processori fotonici attualmente in orbita sono stati progettati e fabbricati nei laboratori del CNR-Ifn di Milano, rappresentando un ruolo centrale per l'Italia nella filiera europea dei circuiti quantistici.
Quali sono gli obiettivi delle due missioni che ospitano i chip fotonici italiani?
La missione coordinata dall'Università di Vienna mira a dimostrare che un processore fotonico può eseguire calcoli autonomamente in orbita, mentre la missione Quick3, coordinata dalla Technische Universität München, si concentra su test di meccanica quantistica fondamentale in microgravità.
Quali difficoltà tecniche hanno affrontato i processori fotonici nello spazio?
I chip hanno dovuto resistere a forti vibrazioni, condizioni termiche estreme, radiazioni ionizzanti e limitati consumi energetici. Inoltre, problemi come la degradazione dei rivelatori dovuta alle radiazioni e la diminuzione della potenza del laser si sono verificati durante la missione.
Chi sono i principali ricercatori coinvolti nello sviluppo dei chip fotonici italiani?
Il gruppo di ricerca guidato da Roberto Osellame al CNR-Ifn ha realizzato i chip, con il coordinamento scientifico delle missioni affidato a Francesco Ceccarelli e Giacomo Corrielli, anch'essi dello stesso istituto.
Quali sono le prospettive future per la tecnologia dei processori fotonici italiani nello spazio?
I prossimi passi prevedono l'integrazione tra sensore e processore per codificare i dati di osservazione direttamente nei circuiti ottici, consolidando il ruolo dell'Italia nella produzione di circuiti quantistici per future missioni spaziali europee.
Perché è importante il ruolo del CNR-Ifn di Milano nella strategia quantistica europea?
La presenza di una solida filiera scientifica italiana riduce la dipendenza da altri paesi europei e permette all'Italia di essere protagonista nei futuri programmi industriali e scientifici del settore quantistico europeo.
